This thesis describes development of magnesium bipolar plates for light weight PEMFC. Graphite is commonly used for bipolar plates. Because graphite is porous material, it should be fabricated thick and become heavy. The proposed magnesium has higher strength. Therefore it can be fabricated easily. Magnesium also has lower density than any other materials. On the other hand, it has weak corrosion resistance.
Bipolar plates are one of the critical components of the fuel cell. Excellent corrosion resistance and good conductivity are some of the desirable properties for better operation of fuel cells. To protect corrosion, sputtering was used as coating method and silver was used as coating material. It was examined varies with coating thickness and temperature. Corrosion studies were conducted in sulfuric acid. Ag layer of 3 with 180 ℃ showed the best performance.
The bipolar plates were made from magnesium alloy with a size of 4.4 x 4.4 and active area of 10.2 . Also, an experimental set up was established to evaluate the performance of the fabricated fuel cell. It was examined varies with clamping pressure and channel depth. The performance evaluation of coated magnesium alloy was carried out with non-treatment magnesium alloy for comparison. The open circuit voltage(OCV) and maximum power density were 0.90 V and 192 for coated bipolar plates, 0.92 V and 140.9 for non-coated bipolar plates respectively. A MEA for non-coated bipolar plate was damaged by oxide layer of Magensium bipolar plate.
With Ag coating, magnesium bipolar plates were efficiently protected from corrosion and magnesium oxide.
이 연구에서는 PEM 연료전지의 경량화를 위한 분리판 경량화에 대한 내용을 다루고 있다. 기존의 흑연 분리판은 화학적 안정성이 높지만 쉽게 깨지고 가공이 어려운 단점이 있기 때문에 두껍게 가공될 수 밖에 없다. 분리판은 연료전지 동력시스템 중 가장 큰 무게 비율을 차지하고 있다. 따라서 에너지 밀도 등을 낮추기 위해 분리판의 소형화, 경량화가 필요하다. 본 연구에서는 흑연을 대체하기 위한 재질로 금속을 선정하고 분리판 재질로 요구되는 조건 등을 고려하여 밀도가 낮고 전기전도성이 높은 마그네슘을 선택하였다. 금속 분리판의 단점인 부식 방지를 위해 코팅 방법으로 스퍼터링을 선정하고 코팅 물질은 전기전도성이 우수한 은을 선택하였다. 분리판 제작 전 시편을 제작하여 온도별, 두께별 테스트를 통해 고온에서 증착시 더 균일한 표면을 가짐을 확인하였다. 분리판은 공기채널형으로 제작하였고 연료전지 성능에 영향을 미치는 요소들을 고려하여 체결압, 분리판 채널 깊이 등을 변화시켜가며 단일전지 성능을 측정하였고 체결압이 클수록 향상된 결과를 보였다. 마지막으로 코팅 분리판과 비코팅 분리판의 성능비교를 실시하였고, 코팅 분리판의 경우가 최대 전력밀도 36% 향상된 성능을 보임을 확인하였다.
